Размножение. Корова и телёнок, лошадь и жеребёнок, дуб и дубочек, курица и цыплята — это лишь несколько примеров взрослых организмов и их детёнышей. Обратите внимание, с какой точ-ностью потомство наследует строение и поведение родителей. Свойство организмов давать потомство, которое имеет признаки родителей, называется размножением (рис. 117). Это свойство организмов обеспечивает непрерывность жизни на Земле.
Способность организмов воспроизводить себе по-добных называется размножением .
 |
| Рис. 118. Развитие пшеницы |
Рост и развитие. Зёрнышко пшеницы, посаженное весной в почву, даёт начало маленькому ростку. Постепенно на нём появляются листочки, утолщается стебелёк, и через несколько месяцев росток ста-новится взрослым растением с колосом.
Мышата рождаются голые, беззубые, а через два месяца становятся взрослыми. Как ви-дите, в обоих примерах увели-чивались размеры и масса ор-ганизмов, то есть происходил рост. В процессе роста ростка растения и мышат изменялись не только масса и размеры орга-низмов — возникали новые об-разования: листочки и колос — y пшеницы (рис. 118), шёрстка и зубки — у мышат (рис. 119). Такие постепенные изменения организмов называют развитием.
 |
| Рис. 119. Развитие мышат |
Рост — постепенное увеличение размеров, массы организма.
Развитие — изменения в строении организма и его отдельных частей.
Питание и дыхание. Организмам необходимо питание.
Питание — это процесс поступления в организме усвоения питательных веществ.
В процессе питания организмы получают разнообразные органические и неорганические вещества, которые обеспечивают их рост, развитие и другие процессы жизнедеятельности. Материал с сайта
Необходимые для жизни вещества в организм поступают из внешней среды. «Лишние» вещества, например углекислый газ, непереваренные остатки пищи, выводятся во внешнюю среду.
Организмам присуще дыхание. Большинство организмов дышат кислородом, который входи в состав воздуха. В клетках между кислородом и органическими веществами постоянно происходят различные химические явления. При этом выделяется энергия, которую организмы используют для роста, развития, движения.
Раздражимость. Организмы способны реагировать на воздействие окружающей среды. Это называют раздражимостью. Например, при ярком свете мы прищуриваем глаза либо прикрываем их ладонью; ёж сворачивается клубочком, если к нему притронуться; заяц убегает, заметив приближение хищника.
Раздражимость — это способность организма реагировать на изменения условий среды.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
Растения, как все живые организмы, постоянно дышат (аэробы). Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород участвует в процессах жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.
Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Водные растения потребляют его из воды всей поверхностью тела. Некоторые растения, произрастающие на заболоченных местах, имеют особые дыхательные корни, поглощающие кислород из воздуха.
Дыхание - сложный процесс, протекающий в клетках живого организма, в ходе которого при распаде органических веществ высвобождается энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности организма. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы, главным образом сахара (особенно глюкоза). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углеводов, накопленных побегами на свету.
Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он состоит из двух этапов, в ходе которых сложные органические вещества расщепляются на более простые, неорганические - углекислый газ и воду. На первом этапе при участии специальных белков, ускоряющих процесс (ферментов), происходит распад молекул глюкозы. В итоге из глюкозы образуются более простые органические соединения и выделяется немного энергии (2 АТФ). Этот этап дыхательного процесса происходит в цитоплазме.
На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, взаимодействуя с кислородом, окисляются - образуют углекислый газ и воду. При этом высвобождается много энергии (38 АТФ). Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных органоидах клетки - митохондриях.
Дыхание - это протекающий с участием кислорода процесс распада органических питательных веществ до неорганических (углекислого газа и воды), сопровождающийся выделением энергии, которая используется растением для процессов жизнедеятельности.
С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6СО 2 + 6 Н 2 О + Энергия (38 АТФ)
Дыхание - процесс, противоположный фотосинтезу
| Фотосинтез | Дыхание |
| 1. Поглощение углекислого газа 2. Выделение кислорода. 3. Образование сложных органических веществ (преимущес-твенно сахаров) из простых неорганических. 4. Поглощение воды. 5. Поглощение с помощью хлорофилла солнечной энергии и накопление ее в органических веществах. б. Происходит только на свету. 7. Протекает в хлоропластах. 8. Происходит только в зеленых частях растения, преимуще-ственно в листе. | 1. Поглощение кислорода. 2. Выделение углекислого газа. 3. Расщепление сложных органических веществ (преимуще-ственно сахаров) на простые неорганические. 4. Выделение воды. 5. Высвобождение химической энергии при окислении органических веществ 6. Происходит непрерывно на свету и в темноте. 7. Протекает в цитоплазме и митохондриях. 8. Происходит в клетках всех органов растения (зеленых и незеленых) |
Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потребностями роста и развития растений. Много кислорода требуется в зонах деления и роста клеток. Образование цветков и плодов, а также повреждение и особенно отрывание органов сопровождается усилением дыхания у растений. По окончании роста, с пожелтением листьев и, особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не прекращается.
Дыхание, как и питание, - необходимое условие обмена веществ, а значит, и жизни организма.
Ø С1. В небольших помещениях с обилием комнатных растений ночью концентрация кислорода уменьшается. Объясните почему. 1) ночью с прекращением фотосинтеза выделение кислорода прекращается; 2) в процессе дыхания растений (они дышат постоянно) уменьшается концентрация О 2 и повышается концентрация СО 2
Ø С1. Известно, что опытным путём на свету трудно обнаружить дыхание растений. Объясните, почему.
1) на свету в растении наряду с дыханием происходит фотосинтез, при котором углекислый газ используется; 2) в результате фотосинтеза кислорода образуется гораздо больше, чем используется при дыхании растений.
Ø С1. Почему растения не могут жить без дыхания? 1) в процессе дыхания растительные клетки поглощают кислород, который расщепляет сложные органические вещества (углеводы, жиры, белки) до менее сложных;2) при этом освобождается энергия, которая запасается в АТФ и используется на процессы жизнедеятельности: питание, рост, развитие, размножение и др.
Ø С4. Газовый состав атмосферы поддерживается на относительно постоянном уровне. Объясните, какую роль играют в этом организмы. 1) фотосинтез, дыхание, брожение регулируют концентрацию О2, СО2; 2) транспирация, потоотделение, дыхание регулируют концентрацию паров воды; 3) жизнедеятельность некоторых бактерий регулирует содержание азота в атмосфере.
Значение воды в жизнедеятельности растений
Вода необходима для жизни любого растения. Она составляет 70-95 % сырой массы тела растения. У растений все процессы жизнедеятельности протекают с использованием воды.
Обмен веществ в растительном организме происходит только при достаточном количестве воды. С водой в растение поступают минеральные соли из почвы. Она обеспечивает непрерывный ток питательных веществ по проводящей системе. Без воды не могут прорастать семена, не будет в зеленых листьях фотосинтеза. Вода в виде растворов, наполняющих клетки и ткани растения, обеспечивает ему упругость, сохранение определенной формы.
- Поглощение воды из внешней среды - обязательное условие существования растительного организма.
Растение получает воду главным образом из почвы с помощью корневых волосков корня. Наземные части растения, в основном листья, через устьица испаряют значительное количество воды. Эти потери влаги регулярно восполняются, так как корни постоянно поглощают воду.
Бывает, что в жаркие часы дня расход воды испарением превышает ее поступление. Тогда у растения листья увядают, особенно самые нижние. За ночные часы, когда корни продолжают всасывать воду, а испарение у растения снижено, содержание воды в клетках снова восстанавливается и клетки и органы растения вновь приобретают упругое состояние. При пересадке рассады удаляют нижние листья для уменьшения испарения воды.
Главным способом поступления воды в живые клетки является ее осмотическое поглощение. Осмос - это способность растворителя (воды) поступать в клеточные растворы. При этом поступление воды приводит к увеличению объема жидкости в клетке. Сила осмотического поглощения, с которой вода входит в клетку, называется сосущей силой .
Поглощение воды из почвы и потеря ее при испарении создают постоянный водный обмен у растения. Водный обмен осуществляется с током воды через все органы растения.
Он складывается из трех этапов:
· поглощения воды корнями,
· передвижения ее по сосудам древесины,
· испарения воды листьями.
Обычно при нормальном водном обмене, сколько воды поступает в растение, столько ее и испаряется.
Водный ток в растении идет в восходящем направлении: снизу вверх. Он зависит от силы всасывания воды клетками корневых волосков внизу и от интенсивности испарения наверху.
Корневое давление является нижним двигателем водного тока
сосущая сила листьев - верхним.
Постоянный ток воды от корневой системы к надземным частям растения служит средством транспортировки и накопления в органах тела минеральных веществ и различных химических соединений, поступающих из корней. Он объединяет все органы растения в единое целое. Помимо этого, восходящий ток воды в растении необходим для нормального водоснабжения всех клеток. Особенно он важен для осуществления процесса фотосинтеза в листьях.
ü С1. Растения в течение жизни поглощают значительное количество воды. На какие два основных процесса
жизнедеятельности расходуется большая часть потребляемой воды? Ответ поясните. 1) испарение, обеспечи-вающее передвижение воды и растворённых в-в и защиту от перегрева; 2) фотосинтез, в процессе которого образуются орг в-ва и выделяется кислород
Достаток или дефицит влаги в клетках влияет на все жизнедеятельные процессы растения.
По отношению к воде растения делят на экологические группы
Ø Гидатофиты (от греч. гидатос - «вода», фитон - «растение») - водные травы (элодея, лотос, кувшинки). Гидатофиты полностью погружены в воду. Стебли почти не имеют механических тканей и поддерживаются водой. В тканях растений имеется много крупных межклетников, заполненных воздухом.
Ø Гидрофиты (от греч. гидрос - «водный») - растения, частично погруженные в воду (стрелолист, камыш, рогоз, тростник, аир). Обычно обитают по берегам водоемов на сырых лугах.
Ø Гигрофиты (от греч. гигра - «влага») - растения влажных мест с высокой влажностью воздуха (калужница, осоки). 1) растения влажных местообитаний; 2) крупные голые листья; 3) устьица не закрываются; 4) имеют специальные водные устьица - гидотоды; 5) сосудов мало.
Ø Мезофиты (от греч. мезос - «средний») - растения, живущие в условиях умеренного увлажнения и хорошего минерального питания (нивяник, ландыш, земляника, яблоня, ель, дуб). Растут в лесах, на лугах, в поле. Большинство сельскохозяйственных растений - мезофиты. Они лучше развиваются при дополнительном поливе. 1) растения достаточного увлажнения; 2) растут в основном на лугах и в лесах; 3) вегетационный период короткий, не более 6 недель; 4) засушливое время переживают в виде семян или луковиц, клубней, корневищ.
Ø Ксерофиты (от греч. ксерос - «сухой») - растения сухих местообитаний, где воды в почве мало, а воздух сухой (алоэ, кактусы, саксаул). Среди ксерофитов различают сухие и сочные. Сочные ксерофиты с мясистыми листьями (алоэ, толстянки) или мясистыми стеблями (кактусы - опунция) называют суккулентами . Сухие ксерофиты - склерофиты (от греч. склерос - «жесткий») приспособлены к жесткой экономии воды, к уменьшению испарения (ковыль, саксаул, верблюжья колючка). 1) растения сухих местообитаний; 2) способны переносить недостаток влаги; 3) уменьшена поверхность листьев; 4) опушение листьев очень обильное; 5) обладают глубокими корневыми системами.
Видоизменения листьев
возникли в процессе эволюции вследствие влияния окружающей среды, поэтому они иногда не похожи на обыкновенный лист.
· Колючки у кактусов, барбариса и др. - приспособления к уменьшению площади испарения и своего рода защита от поедания животными.
· Усики у гороха, чины прикрепляют лазающий стебель к опоре.
· Сочные чешуи луковиц , листья кочана капусты запасают питательные вещества,
· 
Кроющие чешуи почек
- видоизмененные листья, которые защищают зачаток побега.
· У насекомоядных растений (росянка, пузырчатка и др.) листья - ловчие аппараты . Насекомоядные растения произрастают на почвах, бедных минеральными веществами, особенно с недоста-точным содержанием азота, фосфора, калия и серы. Из тел насе-комых эти растения получают неорганические в-ва.
Листопад - явление закономерное и физиологически необходимое. Благодаря листопаду растения предохраняют себя от гибели в течение неблагоприятного времени года - зимы - или засушливого периода в жарком климате.
ü Сбрасывая листья, которые имеют огромную испаряющую поверхность, растения как бы балансируют возможный приход и необходимый расход воды за указанный период.
ü Сбрасывая листья, растения освобождаются от накопившихся в них различных продуктов отброса , получающихся при обмене веществ.
ü Листопад предохраняет ветви от обламывания под давлением масс снега.
Но у некоторых цветковых растений листья сохраняются всю зиму. Это вечнозеленые кустарнички брусника, вереск, клюква. Мелкие плотные листья этих растений, слабо испаряющие воду, сохраняются под снегом. Зимуют с зелеными листьями и многие травы, например земляника, клевер, чистотел.
Называя некоторые растения вечнозелеными, надо помнить, что листья этих растений не вечны. Они живут несколько лет и постепенно опадают. Но на новых побегах этих растений вырастают новые листья.
Размножение растений. Размножение - процесс, приводящий к увеличению числа особей.
У цветковых растений различают
Ø вегетативное размножение, при котором образование новых особей происходит из клеток вегетативных органов,
Ø семенное размножение, при котором формирование нового организма происходит из зиготы, возникаю-щей при слиянии половых клеток, чему предшествует ряд сложных процессов, осуществляющихся главным образом в цветках.
Размножение растений при помощи вегетативных органов называется вегетативным.
Вегетативное размножение
, осуществляемое при вмешательстве человека, называется искусственным. К искусственному вегетативному размножению цветковых прибе-гают в том случае,
§ если растение не дает семян
§ ускорить цветение и плодоно-шение.
В естественных условиях и в культуре растения часто размно-жаются одними и теми же орга-нами. Очень часто происходит размножение при помощи черен-ков. Черенок - это отрезок любо-го вегетативного органа растений, способный к восстановлению недостающих органов. Отрезки побега с 1-3 листьями, в пазухах которых развиваются пазушные почки, называются стеблевыми черенками . В естественных усло-виях такими черенками легко размножаются ивы, тополя, а в культуре - герань, смородина…
Размножение листьями проис-ходит реже, но встречается у таких растений, как луговой сердечник. На влажной почве у основания отломившегося листа развивается придаточная почка, из которой вырастает новое растение. Листьями размножают узамбарскую фиалку, некоторые виды бегонии и другие растения.
На листьях бриофиллюма образуются почки-детки , которые, опадая на землю, укореняются и дают начало новым растениям.
Многие виды луков, лилий, нарциссов, тюльпанов размножаются луковицами. У луковицы от донца берет начало мочковатая корневая система, а из некоторых почек развиваются молодые луковички, называемые детками. Из каждой луковички-детки со временем вырастает новое взрослое растение. Маленькие луковички могут образовываться не только под землей, но и в пазухах листьев некоторых лилейных. Опадая на землю, такие луковицы-детки также развиваются в новое растение.
Растения легко размножаются особыми ползучими побегами - усами (земляника, живучка ползучая).
Размножение делением:
§ кустов (сирень) когда растение достигает значительных размеров, его можно разделить на несколько частей;
§ корневищ (ирисы) каждый отрезок, взятый для размножения, должен иметь или пазушную, или верхушечную почку
§ клубней (картофель, топинамбур), когда их недостаточно для посадки на определенной площади, особенно если это ценный сорт. Деление клубня проводится так, чтобы каждая часть имела глазок и чтобы запас питательных веществ был достаточным для воспроизведения нового растения;
§ корней (малина, хрен) которые в благоприятных условиях дают новые растения;
§ корневых шишек - клубнекорней, которые отличаются от настоящего корня тем, что они не имеют узлов и междоузлий. Почки расположены только на корневой шейке или стеблевом конце, поэтому у георгинов, клубневой бегонии и проводится деление корневой шейки с клубневидными образованиями корней.
Размножение отводками.
При размножении отводками не отделенный от материнского растения побег пригибают к почве, надрезают кору под почкой и присыпают землей. Когда в месте надреза появятся корни и разовьются надземные побеги, молодое растеньице отделяют от материнского и пересаживают. Отводками можно размножать смородину, крыжовник и др. растения.
Прививка.
Особым способом вегетативного размножения является прививка. Прививкой называют пересадку части живого растения, снабженной почкой, на другое растение, с которым первое скрещивается. Растение, на которое прививают, называется подвоем
; растение, которое прививают, - привоем.
У привитых растений привой не образует корней и питается за счет подвоя, подвой же получает от привоя органические вещества, синтезированные в его листьях. Прививки чаще всего применяются для размножения плодовых деревьев, которые с трудом образуют придаточные корни и не могут разводиться другим способом. Прививка также может проводиться пересадкой кусочка стебля с одной почкой под кору привоя (окулировка ) и скрещиванием одинаковых по толщине привоя и подвоя (копулировка ). При прививках надо учитывать возраст и положение черенка на материнском растении, а также особенности привоя. Таким образом, разные способы вегетативного размножения показывают, что у многих растений может восстановиться целый организм из части.
Взаимосвязь органов. Несмотря на то, что все органы растения имеют присущее только им строение и выполняют специфические функции, благодаря проводящей системе они связаны воедино, и растение функционирует как сложный целостный организм. Нарушение целостности любого органа обязательно отражается на строении и развитии других органов, причем это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. Например, удаление верхушки стебля и корня способствует интенсивному развитию надземной и подземной частей растения, а удаление листьев задерживает рост и развитие и может даже привести к его гибели. Нарушение строения любого органа влечет за собой и нарушение его функций, что отражается на функционировании всего растения.
2. Питание, дыхание и размножение бактерий
Питание бактерий
Особенности питания бактериальной клетки состоят в поступлении питательных субстратов внутрь через всю ее поверхность, а также в высокой скорости процессов метаболизма и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.
Типы питания. Широкому распространению бактерий способствует разнообразие типов питания. Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания, бактерии делятся на аутотрофы (от греч. autos - сам, trophe - пища), использующие для построения своих клеток диоксид углерода С02 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы (от греч. heteros -другой, trophe - пища), питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.
Механизмы питания. Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др. Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600 Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: это простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.
Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку - простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Вещества проходят через липидную часть цитоплазматической мембраны (органические молекулы, лекарственные препараты) и реже по заполненным водой каналам в цитоплазматической мембране. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.
Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих специфичностью. Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество или передает другому компоненту цитоплазматической мембраны - собственно переносчику. Белками-переносчиками могут быть пермеазы, место синтеза которых -цитоплазматическая мембрана.
Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются от более высокой концентрации к более низкой.
Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ от меньшей концентрации в сторону большей, т.е. как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), образующейся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке.
Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется.
Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.
Ферменты бактерий. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты Х вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Ферменты являются белками, участвуют в процессах анаболизма (синтеза) и катаболизма (распада), т.е. метаболизма. Многие ферменты взаимосвязаны со структурами микробной клетки. Например, в цитоплазматической мембране имеются окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании и делении клетки: ферменты, обеспечивающие питание клетки, и др. Окислительно-восстановительные ферменты цитоплазматической мембраны и ее производных обеспечивают энергией интенсивные процессы биосинтеза различных структур, в том числе клеточной стенки. Ферменты, связанные с делением и аутолизом клетки, обнаруживаются в клеточной стенке. Так называемые эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых соединений, усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углерода и др. Некоторые экзоферменты (пенициллиназа и др.) инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию.
Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К констиутивным ферментам относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, вне зависимости от наличия субстратов в питательной среде. Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента.
Ферменты микроорганизмов используют в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы и др.) для получения биологически активных соединений, уксусной, молочной, лимонной и других кислот, молочнокислых продуктов, в виноделии и других отраслях. Ферменты применяют в качестве биодобавок в стиральные порошки для уничтожения загрязнений белковой природы.
Дыхание бактерий
Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ- универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление - отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление - присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным - нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. аег - воздух + bios - жизнь) - жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.
По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. Облигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион кислорода, токсичные для облигатных анаэробных бактерий, поскольку они не образуют соответствующие инактивирующие ферменты. Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксидантом соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Факультативные анаэробы способны осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.
Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.
Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты - специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.
Размножение бактерий
Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом и размножением. Под ростом часто понимают также увеличение числа особей в единице объема среды, что, однако, правильнее отнести к размножению бактерий в популяции. Рост можно регистрировать визуально под микроскопом, на экране, на серийных фотоснимках и в окрашенных препаратах.Темп и характер роста у бактерий разной формы отличаются. У палочковидных бактерий стенка и масса растут равномерно, у шаровидных бактерий - неравномерно: масса пропорционально кубу, а стенка - пропорционально квадрату радиуса клетки. Поэтому кокки вначале растут быстро, а затем увеличение их массы сдерживается отставанием роста стенки.
Размножение - самовоспроизведение, приводящее к увеличению количества бактериальных клеток в популяции. Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра - нуклеоида. Репликация хромосомной ДНК осуществляется от начальной точки. Хромосома бактериальной клетки связана в области оп с цитоплазматической мембраной. Репликация ДНК катализируется ДНК-полимеразами. Сначала происходит раскручивание (деспирализация) двойной цели ДНК, в результате чего образуется репликативная вилка (разветвленные цепи); одна из цепей, достраиваясь, связывает нуклеотиды от 5"- к 3" - концу, другая - достраивается посегментно.
Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация. Образовавшиеся в результате репликации две хромосомы расходятся, чему способствует увеличение размеров растущей клетки: прикрепленные к цитоплазматичеекой мембране или ее производным (например, мезосомам) хромосомы по мере увеличения объема клетки удаляются друг от друга. Окончательное их обособление завершается образованием перетяжки или перегородки деления. Клетки с перегородкой деления расходятся в результате действия аутолитических ферментов, разрушающих сердцевину перегородки деления. Аутолиз при этом может проходить неравномерно: делящиеся клетки в одном участке остаются связанными частью клеточной стенки в области перегородки деления, такие клетки располагаются под углом друг к другу.
Земноводные (они же амфибии ) - первые появившиеся в процессе эволюции наземные позвоночные. При этом они все еще сохраняют тесную связь с водной средой, обычно живя в ней на личиночной стадии. Типичные представители земноводных - лягушки, жабы, тритоны, саламандры. Наиболее разнообразны в тропических лесах, так как там тепло и сыро. Среди амфибий нет морских видов.
Представитель земноводных - красноглазая древесная лягушкаОбщая характеристика земноводных
Земноводные - это немногочисленная группа животных, насчитывающая около 5000 видов (по другим источникам около 3000). Их разделяют на три отряда: Хвостатые, Бесхвостые, Безногие . Привычные нам лягушки и жабы принадлежат бесхвостым, тритоны - хвостатым.
У амфибий появляются парные пятипалые конечности, представляющие собой многочленные рычаги. Передняя конечность состоит из плеча, предплечья, кисти. Задняя конечность - из бедра, голени, стопы.
У большинства взрослых земноводных в качестве органов дыхания развиваются легкие. Однако они не столь совершенны, как у более высокоорганизованных групп позвоночных. Поэтом в жизнедеятельность амфибий большую роль имеет кожное дыхание.
Появление в процессе эволюции легких сопровождалось появлением второго круга кровообращения и трехкамерного сердца. Хотя есть второй круг кровообращения, из-за трехкамерного сердца не происходит полного разделения венозной и артериальной крови. Поэтому к большинству органов поступает смешанная кровь.
Глаза имеют не только веки, но и слезные железы для смачивания и очищения.
Появляется среднее ухо с барабанной перепонкой. (У рыб только внутреннее.) Барабанные перепонки видны, находятся по бокам головы позади глаз.
Кожа голая, покрыта слизью, в ней много желез. Не предохраняет от потери воды, поэтому живут близ водоемов. Слизь защищает кожу от высыхания и бактерий. Кожа состоит из эпидермиса и дермы. Через кожу также всасывается вода. Кожные железы многоклеточные, у рыб одноклеточные.
Из-за неполного разделения артериальной и венозной крови, а также несовершенного легочного дыхания обмен веществ у земноводных медленный, как и у рыб. Они также относятся к холоднокровным животным.
Размножаются амфибии в воде. Индивидуальной развитие протекает с превращением (метаморфозом). Личинка лягушек называется головастиком .
Земноводные появились около 350 млн лет назад (в конце девонского периода) от древних кистеперых рыб. Их расцвет произошел 200 млн лет назад, когда Землю покрывали огромные болота.
Опорно-двигательная система земноводных
В скелете земноводных меньше костей, чем у рыб, так как многие кости срастаются, другие же остаются хрящами. Таким образом, их скелет легче, чем у рыб, что важно для обитания в воздушной среде, которая является менее плотной, чем водная.
Мозговой череп срастается с верхними челюстями. Подвижной остается только нижняя челюсть. В черепе сохраняется много хрящей, которые не окостеневают.
Опорно-двигательная система земноводных имеет схожа с таковой рыб, но имеет ряд ключевых прогрессивных отличий. Так, в отличие от рыб, череп и позвоночник подвижно сочленены, что обеспечивает подвижность головы относительно шеи. Впервые появляется шейный отдел позвоночника, состоящий из одного позвонка. Однако подвижность головы не большая, лягушки могут только наклонять голову. Хотя у них и есть шейный позвонок, во внешнем виде тела шеи нет.
У земноводных позвоночник состоит из большего количества отделов, чем у рыб. Если у рыб их только два (туловищный и хвостовой), то у земноводных четыре отдела позвоночника: шейный (1 позвонок), туловищный (7), крестцовый (1), хвостовой (одна хвостовая кость у бесхвостых или ряд отдельных позвонков у хвостатых амфибий). У бесхвостых амфибий происходит срастание хвостовых позвонков в одну кость.
Конечности земноводных сложные. Передние состоят из плеча, предплечья и кисти. Кисть состоит из запястья, пясти и фаланг пальцев. Задние конечности состоят из бедра, голени и стопы. Стопа состоит из предплюсны, плюсны и фаланг пальцев.
Пояса конечностей служат для опорой для скелета конечностей. Пояс передней конечности земноводного состоит из лопатки, ключицы, вороньей кости (коракоида), общей для поясов обеих передних конечностей грудины. Ключицы и коракоиды сращены с грудиной. Из-за отсутствия или недоразвития ребер, пояса лежат в толще мускулатуры и никак опосредовано не прикреплены к позвоночнику.
Пояса задних конечностей состоят из седалищных и подвздошных костей, а также лобковых хрящей. Срастаясь, они сочленяются с боковыми отростками крестцового позвонка.
Ребра, если есть, короткие, грудной клетки не образуют. У хвостатых амфибий ребра короткие, у бесхвостых их нет.
У бесхвостых земноводных локтевая и лучевая кости срастаются, также срастаются кости голени.
Мышцы земноводных имеют более сложное строение, чем у рыб. Мышцы конечностей и головы специализированы. Мышечные пласты распадаются на отдельные мускулы, которые обеспечивают движение одних частей тела относительно других. Земноводные не только плавают, но и прыгают, ходят, ползают.
Пищеварительная система земноводных
Общий план строения пищеварительной системы земноводных сходен с рыбьей. Однако появляются некоторые новшевства.
Передний коней языка лягушек прирастает к нижней челюсти, а задний остается свободным. Такое строение языка позволяет ловить им добычу.
У земноводных появляются слюнные железы. Их секрет смачивает пищу, но никак не переваривает ее, так как не содержит пищеварительных ферментов. На челюстях бывают конические зубы. Они служат для удержания пищи.
За ротоглоточной полостью находится короткий пищевод, открывающийся в желудок. Здесь пища частично переваривается. Первый отдел тонкого кишечника - двенадцатиперстная кишка. В нее открывается единых проток, куда попадают секреты печени, желчного пузыря и поджелудочной железы. В тонком кишечнике переваривание пищи завершается, и питательные вещества всасываются в кровь.
Непереваренные остатки пищи попадают в толстый кишечник, откуда перемещаются в клоаку, представляющую собой расширение кишечника. В клоаку также открываются протоки выделительной и половой систем. Из нее непереваренные остатки попадают во внешнюю среду. У рыб клоаки нет.
Взрослые земноводные питаются животной пищей, чаще всего различными насекомыми. Головастики питаются планктоном и растительной пищей.
1 Правое предсердие, 2 Печень, 3 Аорта, 4 Яйцеклетки, 5 Толстый кишечник, 6 Левое предсердие, 7 Желудочек сердца, 8 Желудок, 9 Левое легкое, 10 Желчный пузырь, 11 Тонкий кишечник, 12 Клоака
Дыхательная система земноводных
Личинки земноводных (головастики) имеют жабры и один круг кровообращения (как у рыб).
У взрослых земноводных появляются легкие, представляющие собой вытянутые мешочки с тонкими эластичными стенками, имеющими ячеистое строение. В стенках находится сеть капилляров. Дыхательная поверхность легких мала, поэтому в процессе дыхания участвует и голая кожа земноводных. Через нее поступает до 50% кислорода.
Механизм вдоха и выдоха обеспечивается поднятием и опусканием дна ротовой полости. При опускании происходит вдох через ноздри, при поднятии - воздух проталкивается в легкие, при этом ноздри закрыты. Выдох осуществляется также при поднятии дна рта, но при этом ноздри открыты, и воздух выходит через них. Также при выдохе сокращаются брюшные мышцы.
В легких осуществляется газообмен за счет разницы концентраций газов в крови и воздухе.
Легкие земноводных недостаточно хорошо развиты, чтобы полноценно обеспечивать газообмен. Поэтому важно кожное дыхание. Высыхание амфибий может привести к тому, что они задохнутся. Кислород сначала растворяется в покрывающей кожу жидкости, а затем диффундирует в кровь. Углекислый газ также сначала оказывается в жидкости.
У земноводных, в отличие от рыб, носовая полость стала сквозной и используется при дыхании.
Под водой лягушки дышат только кожей.
Кровеносная система земноводных
Появляется второй круг кровообращения. Он проходит через легкие и называется легочным, а также малым кругом кровообращения. Первый круг кровообращения, проходящий через все органы тела, называется большим.
Сердце земноводных трехкамерное, состоит из двух предсердий и одного желудочка.
В правое предсердие поступает венозная кровь от органов тела, а также артериальная от кожи. В левое предсердие поступает артериальная кровь от легких. Сосуд, впадающий в левое предсердие, называется легочной веной .
Сокращение предсердий выталкивает кровь в общий желудочек сердца. Здесь кровь частично смешивается.
Из желудочка по отдельным сосудам кровь направляется в легкие, в ткани тела, к голове. В легкие по легочным артериям поступает наиболее венозная кровь из желудочка. К голове же идет почти чистая артериальная. Наиболее смешанная кровь, поступающая в туловище, изливается из желудочка в аорту.
Такое разделение крови достигается особым расположением сосудов, выходящим от распределительной камеры сердца, куда кровь попадает из желудочка. Когда выталкивается первая порция крови, то она заполняет наиболее близкие сосуды. И это кровь наиболее венозная, которая попадает в легочные артерии, идет в легкие и кожу, где обогащается кислородом. Из легких кровь возвращается в левое предсердие. Следующая порция крови - смешанная - попадает в дуги аорты, идущие к органам тела. Наиболее артериальная кровь попадает в дальнюю пару сосудов (сонные артерии) и направляется к голове.
Выделительная система земноводных
Почки у земноводных туловищные, имеют продолговатую форму. Моча поступает в мочеточники, далее по стенке клоаки стекает в мочевой пузырь. Когда мочевой пузырь сокращается, моча изливается в клоаку и далее наружу.
Продуктом выделения является мочевина. Для ее выведения требуется меньше воды, чем для выведения аммиака (который образуется у рыб).
В почечных канальцах почек происходит обратное всасывание воды, что важно для ее сбережения в условиях воздушной среды.
Нервная система и органы чувств земноводных
Ключевых изменений в нервной системе земноводный по-сравнению с рыбами не произошло. Однако передний мозг земноводных сильнее развит и разделен на два полушария. Но у них хуже развит мозжечок, так как амфибиям не надо поддерживать равновесие в воде.
Воздух прозрачнее воды, поэтому ведущая роль у земноводных играет зрение. Они видят дальше рыб, их хрусталик более плоский. Есть веки и мигательные перепонки (или верхнее неподвижное веко и нижнее прозрачное подвижное).
В воздухе звуковые волны распространяются хуже, чем в воде. Поэтому появляется необходимость в среднем ухе, представляющем собой трубочку с барабанной перепонкой (видны как пара тонких круглых пленок позади глаз лягушки). От барабанной перепонки звуковые колебания через слуховую косточку передаются внутреннему уху. Евстахиева труба соединяет полость среднего уха с ротовой полостью. Это позволяет ослаблять перепады давления на барабанную перепонку.
Размножение и развитие земноводных
Лягушки начинают размножаться в возрасте около 3 лет. Оплодотворение наружное.
Самцы выделяют семенную жидкость. У многих лягушек самцы закрепляются на спинах самок и пока самка выметывает икру в течение нескольких дней, поливают ее семенной жидкостью.
Земноводные мечут меньше икры, чем рыбы. Гроздья икры прикрепляются к водным растениям или плавают.
Слизистая оболочка икринки в воде сильно разбухает, преломляет солнечный свет и нагревается, что способствует более быстрому развитию зародыша.
Развитие эмбрионов лягушки в икринках
В каждой икринке развивается зародыш (у лягушек обычно около 10 дней). Вышедшая из икринки личинка называется головастиком. Он имеет много признаков, схожих с рыбами (двухкамерное сердце и один круг кровообращение, дыхание с помощью жабр, орган боковой линии). Сначала головастик имеет наружные жабры, которые потом становятся внутренними. Появляются задние конечности, потом передние. Появляются легкие и второй круг кровообращения. В конце метаморфоза рассасывается хвост.
Стадия головастика длится обычно несколько месяцев. Головастики питаются растительной пищей.
Простейшие одноклеточные организмы, относящиеся к классу реснитчатых распространены практически повсеместно. От холодных льдов Севера до не менее обжигающих айсбергов Юга в любой стоячей воде обнаруживаются эти милые создания, являющиеся одним из важнейших звеньев пищевой цепочки биоценоза. Для аквариумиста инфузории туфельки представляют ценность как хорошая кормовая подпитка для новорожденных мальков. Но прежде чем заводить в своем «подводном мире» эту живность, стоит познакомиться с размножением, питанием и жизнедеятельностью микроорганизма.
Природная среда обитания и не только
Мельчайшие из живых существ обитают в неглубоких водоемах с неподвижной водой. Инфузории туфельки называются так за сходство формы тельца, сплошь покрытого ресничками, с дамской туфлей. Реснички помогают животным двигаться, питаться и даже обороняться. Мельчайший организм имеет размер 0,5 мм, увидеть невооруженным глазом инфузорию невозможно! Интересен способ перемещения в воде – только округлым затупленным концом вперед, но и при такой своеобразной «ходьбе», малышки развивают скорость 2,5 мм/1секнду.
Одноклеточные создания имеют двуядерную структуру: первое «большое» ядро контролирует питательные и дыхательные процессы, следит за обменом веществ и перемещением, а вот «малое» ядро включается только в процессы полового значения. Тончайшая оболочка повышенной эластичности позволяет микроорганизму находиться в природной четко очерченной форме, а также быстро передвигаться. Как таковое передвижение осуществляется посредством ресничек, исполняющих роль «весел» и постоянно толкающих туфельку вперед. Кстати, движения всех ресничек абсолютно синхронны и согласованны.
Жизнедеятельность: питание, дыхание, размножение
Как и все свободно живущие микроорганизмы, инфузория туфелька питается мельчайшими бактериями и частичками водорослей. У такой крохи имеется ротовая полость – глубокая впадинка, расположенная в определенном месте тела. Ротовое отверстие переходит в глотку, а потом пища попадает прямиком в вакуоль для переваривания пищи и тут еда начинает перерабатываться кислой, а затем и щелочной средой. У микроорганизма есть и отверстие, через которое выходят не полностью переваренные остатки пищи. Располагается оно позади пищевого отверстия и, проходя через структуру особого типа – порошицу, остатки еды выталкиваются наружу. Питание микроорганизма отлажено до предела, туфелька не может переесть или остаться голодной. Это, пожалуй, одно из совершенных созданий природы.
Дышит инфузория туфелька всеми покровами своего тельца. Высвобожденной энергии хватает для жизнеобеспечения всех процессов, а ненужные отработанные соединения, типа углекислого газа, удаляются так же посредством всей площади тела особи. Строение инфузории туфельки достаточно сложное, например, сократительные вакуоли при переполнении водой с растворенными органическими веществами, поднимаются к самой крайней точке плазмы на тельце и выталкивают все ненужное. Пресноводные обитатели таким образом удаляют излишки воды, которая постоянно поступает внутрь из окружающего пространства.
Микроорганизмы данного типа могут собраться большими колониями к местам, где скапливается много бактерий, но крайне резко реагируют на поваренную соль – уплывают.
Размножение
Существует два типа размножения микроорганизмов:
- Бесполое, являющееся обычным делением. Этот процесс происходит как раздел одной инфузории туфельки надвое, причем новые организмы обладают своим большим и малым ядром. При этом в новую жизнь переходит только малая часть «старых» органоидов, все остальные быстро образуются заново.
- Половое. Этот тип применяется только при появлении температурных колебаний, недостаточности пищи и других неблагоприятных условиях. Именно тогда животные могут разделиться полами и затем превратиться в цисту.
Именно второй вариант размножения наиболее интересен:
- Две особи временно сливаются в одну;
- На месте слияния образуется некий канальчик, соединяющий пару;
- Большое ядро полностью исчезает (у обоих особей), а малое разделяется два раза.